1000 MW发电机机端PT一次保险慢熔的故障特征分析与风险控制措施

文聆安，熊华兵，王 栋

（1.广东粤电大亚湾综合能源有限公司，广东惠州 516000；2.广东惠州平海发电厂有限公司，广东惠州 516000）

0 引言

发电机机端PT 主要用来测量发电机机端电压，供ECS、DCS、DEH、计量、保护和励磁使用，实际生产中会出现PT一次保险熔断导致二次侧电压的降低，从而引起机组有功误调节［1］、发电机保护误动或拒动、AVR强励等不良后果，给机组带来不容忽视的安全隐患。PT一次保险熔断必须尽快处理，通过寻找PT一次保险熔断的特征，实现对熔断故障的快速判断，有利于故障的及时处理，从而保障机组的安全稳定运行。

PT一次保险熔断虽无法完全避免，但可以从技术措施上去降低PT熔断的几率。根据PT慢熔过程中DEH、励磁及发变组保护可能误动带来的机组运行风险，从逻辑判据和保护定值整定配合上去实现解决方案。

本文就某电厂2 号发电机机端PT熔断为例，详细介绍了故障处理的过程，研究论证了PT 一次保险慢熔过程中的故障特征，提出了防止PT一次保险慢熔引起机组不安全运行的风险控制措施。

1 设备概况

1.1 发变组保护及机端PT

发电机由上海电气制造，型号为THDF_125／67；发电机额定功率1 000 MW、定子额定电压27 kV、额定电流23 778 A。

发变组保护为双重化配置，并全部采用GE 公司产品，其中，发电机保护为GE公司UR系列G60 型装置。

发电机机端PT由大连北互生产，配套PT 一次保险规格为35 kV、0.5 A，PT 二次侧用户接线如图1 所示。图中，1PT、2PT型号为JDZX9－27，规格为分别接入发变组保护A、B 屏和励磁调节器AVR1、AVR2；3PT 型号为JDZX9－27G，规为用于计量和发电机匝间保护。

图1 发电机机端PT接线

1.2 励磁系统

电厂励磁采用西门子THYRIPOL静态励磁系统，励磁调节器从电流、电压到可控硅触发脉冲的输出，都为相互独立的双重化结构，每套调节器功能完整。通道内部各模块之间以及通道和通道之间实时通信跟踪，并及时上传数据到面板显示屏和监控系统，保证系统无扰动切换。

励磁调节器两通道采用热备用的运行方式，同时接受输入控制与调节信号并执行操作与调节，但只有处于工作状态的通道有输出，并对可控硅进行触发。当工作通道发生故障时则备用通道自动投入运行，并闭锁故障通道，防止误切入故障通道。极端情况下，当励磁调节器两通道的自动电压调节（AVR）方式同时故障时，系统则自动切换至励磁电流（FCR）调节方式运行。

励磁调节器对PT故障的检测是通过对PT三相电压之间进行比较来实现的。如果电压的差值超过了预先设定的临界值，那么逻辑控制器将会起动切换，从故障通道的自动模式切换到备用通道的自动模式。如果两组通道PT都出现故障，那么就会切换到手动模式［2］。

1.3 DEH系统

DEH采用西门子SPPA_T3000 控制系统，功率信号由电气功率变送器送入DEH系统，每台机组设计有3 组功率信号，并在DEH系统中对3 组功率进行选择判断。第1、2 组功率信号电压量取自图1 中1PT，第3 组功率信号电压量取自图1 中2PT。为确保判断后的功率信号可靠，DEH 内部功率信号处理原则如下：

（1）全部通道无故障且无偏差报警，功率选择3；

（2）当有1 个通道故障或偏差报警，选择顺序为功率3－2－1；

（3）当有2 个通道故障或偏差报警，选择无报警的功率信号；

（4）当3 个功率通道均存在故障或偏差报警，保持当前值；

（5）偏差判断条件为偏差大于104 MW。

2 事件经过

故障前，2 号发电机励磁调节器1 通道处于工作状态，2 通道处于热备用状态。

故障时，励磁屏柜2 通道报PT断线报警，1 通道处于正常运行状态，其间，未发生强励等异常情况；2 号发变组保护B屏报PT断线报警，保护无跳闸信号，未动作于出口跳闸；2 号机DEH系统功率由第3 组功率信号自动选择为第2 组功率信号，未发生异常主汽门调节而引起的有功功率波动［1］。

继续检查机组故障录波记录，显示故障时段2 号发电机机端Ua电压偏低，从故障开始到Ua二次电压降低至0 V，整个过程持续时间25 min左右。完整故障期间，Ua二次电压逐步降低，且波形在正、负最大值附近存在明显畸变，同时，伴随3U0电压的明显升高。就地测量发电机PT 端子箱内各PT 二次侧电压，发现2PT_A相电压数值接近于0 V，开口三角形零序电压约33 V，其他二次电压均处于正常值。初步判断故障可能是2 号发电机机端2PT_A 相一次保险熔断，临时退出2 号发电机B套与电压有关的保护，对2PT_A相停电检查。就地铺设绝缘垫，操作人员穿绝缘靴、戴绝缘手套、佩戴防电弧面罩，带电拉出PT小车［3］，进行一次保险直阻测量，测量值显示一次保险已经完全熔断。同时，通过检测判断，确认PT本体及二次回路无其他故障存在之后，进行了PT 一次保险的更换，并将PT重新投入运行。最后，全面检查系统无异常后，恢复2 号发电机B套保护的投入。

3 检查过程

（1）PT二次回路绝缘检查

PT端子箱内2PT_A相二次小空开未跳闸，可以判断PT端子箱至负载端的二次回路无接地、无短路；断开2PT_A相二次小空开，进行端子箱与PT本体之间二次绕组线对地及线间绝缘电阻测试，绝缘良好，未发现接地及短路现象。

（2）PT本体检查

检查发现PT本体外观正常、温度正常、表面无裂纹、无爬电痕迹；测量PT本体一次绕组对地、一次绕组对二次绕组绝缘均正常；测量一、二次绕组直阻合格，无断线；查看发电机保护启动无相关接地报警记录；对比2PT_A相3 个二次绕组电压的一致性，初步判断二次绕组无匝间短路；PT 一次匝间短路，会引起二次侧电压升高，而本次故障为二次电压降低，初步判断一次绕组无匝间短路。

（3）PT一次保险及静触头卡簧检查

检查确认一次保险端部与静触头卡簧接触良好、无异常。对熔断的一次保险解体检查，发现端部熔丝熔断且有明显电弧痕迹。如图2 所示。

图2 一次保险熔断的位置

4 PT一次保险慢熔的特征

PT一次保险慢熔是一个时间过程，图3 所示为发变组保护B屏报PT断线期间的故障录波。从图中可以看出，在PT 一次保险熔断期间，3U0出现，故障相定子电压Ua在正负最大值附近产生畸变，电弧在电流过零点熄灭［4］，二次侧电压在一个周波内发生两次畸变；随着断口扩大，PT电压随之下降，波形严重畸变，直至断口无法重燃，电压趋近于0 V。

图3 PT慢熔过程电压录波

为了验证PT一次保险熔断的波形特征，进行了相应的模拟试验。试验方法是使用可调间隙模拟一次保险熔断间隙，试验接线如图4 所示，试验录波波形如图5 所示。

图4 试验接线

图5 试验录波

从试验波形图可以看出，当一次保险存在熔断间隙时，二次侧电压波形会在正负最大值附近产生畸变，一个周波内发生两次畸变。

5 PT一次保险熔断对励磁系统的影响及相应风险控制措施

5.1 对励磁系统的影响

当励磁调节器内部仅有PT断线报警而未设置慢熔识别判据时，在发生PT一次保险慢熔过程中，电压值降低到PT断线报警闭锁之前，励磁调节器AVR会自动增加励磁电流，防止机端电压的降低，而发电机机端电压实际上是在不断升高。

若发变组保护与励磁定值配合合理，则随着励磁电流的持续增加，可引发“强励动作”报警信号和过励限制器动作；随着发电机机端电压的持续上升，励磁V／HZ限制器可能会动作；过励限制器与V／HZ限制器共同作用，将励磁电流拉回至强励电流以下［5］。

通过手动切换运行模式、手动切换通道或电压值降低至触发励磁系统PT断线报警引起通道自动切换，上述反复增减励磁电流的过程才会终止。所以，有必要在励磁系统中增加PT一次保险“慢熔”识别判据，同时，采取措施降低PT 一次保险发生熔断的几率。

5.2 风险控制措施

风险控制措施如下。

（1）在AVR 励磁系统中增加“慢熔”判别。可增设监测不同PT相同相电压差异的方法来判断“慢熔”的发生，相电压差异值可定位2～3 V 或在正常时实际差异值上加3 V。当测量装置检测到的差异值达到定值时，判断为PT 慢熔，闭锁AVR自动增磁，装置发出PT一次保险慢熔报警信号［6］。

（2）提高一次保险规格，将一次保险额定电流从0.5 A 提升至1 A，降低保险熔断次数［4，6］。

（3）对一次保险进行定期更换，任何时间发现保险直阻超出正常范围时，及时进行更换；应急更换时，退出发变组与电压有关的保护、退出AGC，将发电机有功、无功进行强制［1，7］；更换完毕，测量保险两端底座连同保险之间的直流电阻，以确认保险与底座间接触良好。

（4）核对DEH 功率信号逻辑判据，可参考前文提到的DEH内部功率信号处理原则；核对励磁与发变组保护定值配合的正确性，防止AVR 误强励磁引起机组跳闸。对于无法增设PT一次保险慢熔判据的励磁系统，与发变组保护定值的正确配合，将对机组安全稳定运行起到至关重要的作用。

6 结束语

本文以某电厂2号发电机2PT_A相一次保险发生熔断为例，详细讲述了PT一次保险熔断的事件经过和处理过程，并通过故障录波和模拟试验，证明了故障相电压逐步下降且二次侧电压在一个波形周期内正、负最大值附近发生两次波形畸变是PT一次保险慢熔过程的显著特征，该结论有利于对慢熔故障进行快速判断和及时处理。同时，针对PT慢熔对励磁系统的影响，提出了相对完善的风险控制措施，以防止机组的不安全运行风险。